塔里木河下游生态输水前后生态与环境的动态变化研究

早在4000年前的原社社会,塔里木河(以下简称塔河)下游绿色走廊已经形成。在近百年的历史中,前20年是绿色走廊的兴盛时期,自20世纪20年代中期以后,绿色走廊开始近代历史上的衰败过程,特别是近50年来塔里木河上中游的水土开发活动,使得下游地区的来水量骤减并中断有近30年的历史,从而引发了下游绿色走廊的逐步走向衰败、土地荒漠化趋势加剧等生态环境恶化问题。为了改善塔河下游地区的生态与环境、抑制土地退化的加剧、挽救濒临灭绝的下游天然植被,截止2005年11月共向该地区输水7次,断流30年的塔里木河下游完成了第四次应急输水后,大体达到维系下游生态的必须水量,输水使河道两侧植被生长状况发生明显改善,生物呈多样化变化。笔者在1998年5月,2002年10月和2004年5月三次对塔河中、下游地区进行实地考察获得了第一手资料,本文在前人研究的成果基础上和实地考察资料相结合,对塔里木河下游生态输水前后生态与环境的动态变化进行探讨。     

井渠结合灌溉类型区多水源联网优化调度模式研究

针对丘陵地区灌溉水源分散、灌溉保证率低、农业缺水严重、生态环境恶化等突出问题,将多水源联网工程技术与优化调度技术相结合,建立了井渠结合灌区多水源联网优化调度模型,大大提高了灌区水资源的利用效率和灌溉保证率。采用该技术及其他节水措施后,威海井渠结合节水示范区全部耕地可得到灌溉,灌溉后的粮食产量由原来的9000 kg/hm2提高到11550 kg/hm2,示范区平均增产25%。经济、社会与环境效益显著。     

黑河分水对中下游水环境的影响

黑河流域水资源紧缺,区域生态环境十分脆弱。分析表明分水对中游会产生一定的负效应:分水引起地表水与地下水转化减弱,同时对地下水的开采有增加的趁势,叠加作用的结果使得中游地区水环境恶化,地下水位下降1.3~2.7 m,地下水储量减少约8.2×108m3,给中游绿洲植物的生长带来潜在威胁;而对下游有一定的正效应,增加了下游的入境水量,下游的河岸地下水位抬升幅度在横向上0.4~0.6 m,纵向上0.3~3.1 m,有效地改善了下游的水环境,从而使下游的生态环境的恶化得到一定程度的遏制,植被覆盖明显增加。但对黑河中、下游水质变化监测还需要进一步加强。     

结合光谱降维的IPSO-SVR水体总磷浓度预测模型

[目的] 选择最优模型对水体中总磷浓度进行预测,为准确、实时、高效检测水资源状况提供支持。 [方法] 以2021年在长江中下游武汉—安徽地区采集的水质样本作为研究对象,首先,对采集到的长江光谱数据进行最大最小归一化和均值中心化两种预处理操作以便统一数据的范围和均值点,并使用核主成分分析(KPCA)技术对预处理后的光谱数据进行降维操作。选取方差解释率为99.6%下的6个特征向量进行后续预测模型的训练,接着在原有粒子群算法的基础上引入自适应惯性权重更新公式和遗传—模拟退火变异思想,提高算法的寻优能力。使用改进的粒子群优化算法对支持向量回归模型中的超参数组合进行寻优,对支持向量回归模型使用输出的结果进行预测模型的训练,最后使用测试集数据进行总磷浓度的预测。 [结果] 提出了一种结合光谱降维的改进粒子群优化算法(IPSO)结合支持向量回归(SVR)的水体总磷含量预测模型。通过和当前预测性能较好的几种机器学习模型进行精度的比较发现,该试验模型对长江水体总磷浓度进行预测时决定系数(R²)为0.973 920,均方根差(RMSE)为0.003 012,平均绝对误差(MAE)为0.002 105。 [结论] 使用光谱数据结合降维技术、粒子群优化算法和机器学习模型的算法融合模型检测水体总磷浓度可行性强,精确度高,且拟合效果良好。     

联合SBAS-InSAR和PSO-BP算法的高山峡谷区地质灾害危险性评价

近年来,高山峡谷区地质灾害频频发生,给人民生命和财产安全带来严重威胁。针对现有地质灾害评价方法存在地质灾害数据时效性差、不准确以及需进行大量评价因子权值计算等弊端,该研究提出一种联合SBAS-InSAR（Small Baseline Subsets- Interferometric Synthetic Aperture Radar）和PSO-BP（Particle Swarm Optimization-Back Propagation）算法来对高山峡谷区地质灾害危险性进行评价的方法。首先利用SBAS-InSAR技术获取得到研究区升降轨形变量,引入高分辨率影像等作为辅助识别,得到研究区地质灾害数据;然后,选取高程、坡度、升降形变速率等12个评价因子与是否为高危险区构建PSO-BP模型,对模型进行训练、验证并保存模型;利用保存好的模型得到研究区的地质灾害指数,通过ArcGIS自然间断点分级法结合专家参与进行危险性分级,最终得到研究区地质灾害危险性评价结果。试验结果表明：利用升降轨结合的方式对高山峡谷地质灾害进行识别,避免了单一轨道存在SAR成像几何畸变造成部分地质灾害不能识别或识别结果不全面等问题;利用SBAS-InSAR技术并结合高分辨率影像等辅助信息,可有效识别出活跃的泥石流、滑坡、崩塌和潜在地质灾害,解决了现有地质灾害点数据源时效性差、不准确等弊端;利用PSO-BP算法能跳过大量评价因子权值计算等弊端;为验证该研究方法的有效性,选择信息量法和组合赋权法进行定量和定性比较,结果表明,该研究方法有效的提高了地质灾害危险性评价的准确度,信息量法、组合赋权法和该研究方法的AUC（Area Under The Curve）值分别为0.694、0.721、0.785,准确率为73.3%、76.2%、79.8%。利用该方法能更为有效的对高山峡谷区地质灾害进行危险性评价,为防灾减灾事业及政府部门决策提供参考。     

利用OWA和电路模型优化黄河流域甘肃段生态安全格局

从生态系统服务视角出发优化生态安全格局,对于维护区域生态安全格局,确保经济社会稳定发展意义重大,但现有研究缺乏对多种生态系统服务之间权衡情景下生态系统状况的认知。该研究以黄河流域甘肃段为研究单元,在测度2019年食物供给、碳固定、产水量、土壤保持及生境质量5种典型生态系统服务的基础上,利用有序加权平均(Ordered Weighted Averaging,OWA)模型识别出生态系统服务权衡度最高的优先保护区作为生态源地,利用最小累积阻力模型和电路模型识别生态廊道和战略点区域,进行生态安全格局构建与优化。结果表明:黄河流域甘肃段生态源地斑块共计169个,总面积27 460.56 km2,约占研究区总面积的19.2%。5种生态系统服务之间在全流域尺度下呈现出协同关系,甘南高原、陇中、陇东黄土高原由于受地形气候和植被覆盖以及人类活动的影响,生态系统服务差异显著。利用电路模型提取得到441条生态廊道,总体呈网状分布,贯穿东西,识别出生态节点49个。提出构建"四轴、六区、多中心"的黄河流域甘肃段生态安全空间布局优化体系,形成功能化、网络化的区域生态空间优化结构。     

九龙江河口养虾塘氧化亚氮排放通量及影响因素

水产养殖生态系统由于其高氮负荷而成为氧化亚氮(N_2O)的潜在释放源,为探究其排放特征,选择福建省九龙江河口养虾塘为研究对象,采用悬浮箱-气相色谱仪法测定其水-气界面N_2O排放通量变化,并结合气象要素和水环境因子分析其主要影响因素。结果表明:九龙江河口养殖塘水-气界面N_2O排放通量的变化范围和均值分别为0.10～0.64μmol·m~(-2)·h~(-1)和(0.26±0.07)μmol·m~(-2)·h~(-1),均表现为向大气释放N_2O的源。N_2O排放通量随养殖期推迟呈现持续增加,且在白天不同时刻存在显著变化。相关分析表明,N_2O排放通量与养殖水体的温度、溶解性有机碳、NO_2~--N和NO_3~--N浓度呈显著正相关,与盐度呈显著负相关。多元回归分析表明,水体盐度和NO_2~--N浓度是影响养虾塘N_2O排放的主要因素。     

安徽沿江地区油麦后直播棉的品种选用策略

在目前安徽沿江地区不能实现棉花机采的情况下,提出了"植株高度既适于机采也适于人工采收,含絮力适中(不易落花便于集中采收),生育期适中(播种到采收为180天左右),纤维品质及产量性状较优(纤维长度30.0 mm以上,断裂比强度30.0 cN/tex以上,马克隆值5.0以下,籽棉产量3750 kg/hm2以上,衣分在40％...     

半干旱区坡耕地抗旱保水技术集成对大豆水分利用效率的影响

黑龙江省西部半干旱区属典型的东北黑土区,为我国重要的商品粮生产基地。然而,由于地形地貌、气候条件的复杂多变,降水的时空分布不均,以及人类的长期干预造成的生态环境的改变,致使该区连年干旱。干旱及水土流失已成为制约该区经济发展的主要因素。根据黑龙江省西部半干旱区的自然特点,选取了坐水播种和苗期补灌2种抗旱节水技术和垄向区田保水技术,在甘南县国家863试验基地研究了该3项技术的集成对WUE的影响。结果表明,该项技术可以显著的提高大豆的WUE值。     

东北半干旱黑土区玉米秸秆还田方式对土壤水溶性有机碳含量及其组分的影响

为明确不同秸秆还田方式下土壤有机碳组分的变化特征,基于6 a秸秆还田长期定位试验,利用三维荧光光谱技术,对无秸秆还田（CK）、秸秆覆盖还田（FG）、秸秆翻埋还田（FM）处理下土壤有机碳（SOC）含量及水溶性有机碳（WSOC）含量及其结构特征进行分析。结果表明：（1）与CK相比,FM处理0~40 cm土层SOC含量提高7.87%~29.54%,FG处理0~30 cm土层SOC含量增加1.91%~18.61%,30~40 cm土层SOC含量降低7.67%;FM和FG处理0~40 cm土层土壤WSOC含量分别提升13.42%~39.42%和0.28%~26.34%。（2）通过WSOC三维荧光光谱发现,各土层CK（Ex/Em=300/34、Ex/Em=300/340、Ex/Em=240/340、Ex/Em=300/340）处理WSOC荧光特征峰为溶解性微生物代谢产物和类色氨酸蛋白质物质荧光峰;FM（Ex/Em=340/430、Ex/Em=340/430、Ex/Em=340/435、Ex/Em=340/435）和FG（Ex/Em=270/440、Ex/Em=270/435、Ex/Em=340/435、Ex/Em=340/430）处理为类腐殖酸类物质荧光特征峰,腐殖化程度较高,结构较为复杂;荧光区域积分表明,FM和FG处理类腐殖酸类物质（Ⅴ）和富里酸类物质（Ⅲ）的积分百分比分别较CK增加12.18%~27.39%、11.98%~30.72%和3.96%~5.73%、2.99%~5.40%。（3）土壤WSOC包含两个组分,C1（Ex/Em=340/435, 270/435）组分为类腐殖酸类物质,C2（Ex/Em=290/345, 240/345）组分为溶解性微生物代谢产物和类色氨酸蛋白质物质;F_max值结果表明,0~40 cm土层的C1组分相对含量表现为FM>FG>CK,表明秸秆翻埋还田更有助于土壤中营养物质含量增加和形成更高分子量的有机物。综上,不同秸秆还田方式均可提升SOC和土壤WSOC含量,增加腐殖化程度,加强土壤的供肥能力,翻埋还田处理提升作用更为显著。